ПРОБЛЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ КАЧЕСТВЕННОЙ МЕДИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ПРОВОДОВ
Аймаганов А.М.
Магистрант, Карагандинский государственный технический университет
ПРОБЛЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ КАЧЕСТВЕННОЙ МЕДИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ПРОВОДОВ
Аннотация
В данной статье приведен анализ особенностей чистоты меди. Рассмотрены причины появления дефектов на кабельной и проводниковой продукции и необходимость внедрение сплавов различных металлов для повышения электрических характеристик и износостойкость.
Ключевые слова: медь, кабельная промышленность, смеси.
Aimaganov A.M.
Candidate for a Master's degree, Karaganda State Technical University
PROBLEMS OF PRODUCING QUALITATIVE COPPER FOR MANUFACTURING ELECTRICAL WIRES
Abstract
This article contains analysis of the features of purity copper. Considers the reasons of defects on the cable and wire products and necessity introduction of different metals to improve electrical performance and durability.
Keywords: copper, cable industry, blends.
Несмотря на динамично развивающуюся науку, когда свойства металла изучаются на микроуровне, и когда есть возможность совершенствовать привычные вещи – существуют простые изделия, на которых всегда будет оставаться высокий спрос. На медь всегда есть спрос. Металл золотисто-розового цвета является преобладающим элементом в электротехнической промышленности благодаря хорошей электрической и тепловой проводимости. Свободные электроны меди имеют большую длину свободного пробега (около 100 атомных расстояний), а удельное электрическое сопротивление находится в обратной зависимости к этой длине свободного пробега. Медь, ее соединения и сплавы находят широкое применение в различных отраслях промышленности.
Провода, как правило, в основном производятся из меди и алюминия. Приблизительно 40% меди поступает на изготовление различных электрических проводов и кабелей. Для получения качественных свойств, применяют нелегированную медь высокой чистоты. Она хорошо проводит тепло и электрический ток, уступая в этом отношении только серебру. Чистота обусловливается по содержанию в ней определенного процента других элементов. Например, провод может состоять из чистой меди только на 99,997 %, то есть при этом иметь три тысячных долей процента примесей. Такая медь востребована в производстве кабельных изделий, шин голого и контактного проводов, электрогенераторов, телефонного и телеграфного оборудования и радиоаппаратуры - где требуется максимальная электропроводность. Такой тип меди плавится при 1084оС, а в присутствии примесей - при более низкой температуре. Примеси, как правило, могут быть из железа, серы, сурьмы, алюминия и мышьяка.
Высшая чистота меди это - 99,99997%-ная медь, которая иногда называется "шесть девяток". Из них получают полуфабрикаты для дальнейшего литья или электровакуумной промышленности: ленты, полосы, прутки и трубы. Существуют медные изделия, называющиеся как БМ, или бескислородная медь. Это медь, из которой удалены молекулы кислорода и имеет розовато-красный цвет. Более правильно их называть "с пониженным содержанием кислорода ", потому как удалить весь кислород очень трудно. Медь в жидком состоянии быстро поглощает кислород из воздуха и из сварочного факела. На практике БМ имеет около 50 мг/дм3 кислорода по сравнению с 250 мг/дм3 кислорода нормальной меди. Уменьшение кислорода замедляет образование оксидов и предохраняет физическую структуру. Но применение БС нашли не в проводниках, а в изготовлении химико-технологического оборудования, медных труб, автомобильных радиатор, судовых конденсаторов, бытовых водопроводных труб, кровельных материалов и других технических изделий.
Другое широкое применение в машиностроительной промышленности и электротехнике нашли различные сплавы меди с другими веществами. С помощью примесей в проводниках можно уменьшать электрическую проводимость, повышать механическую прочность, замедлять рекристаллизацию, защищать от воздействия окружающей среды (влажности, очень низких или высоких температур). Многочисленные исследования показали, что небольшие добавки примесей могут увеличивать электрическое сопротивление меди, как показано на рисунке 1.
Рис. 1 - Влияние примесей на электрическое сопротивление меди при комнатной температуре
В контрольных и коммуникационных проводах процент меди варьируется в 95-99%, а в силовых широко применяют сплавы латуни (от 0 до 50 % Zn ) оловянных (4 — 33 % Sn), алюминиевых (5-11 % Al), свинцовых (~ 30 % Pb), кремниевых (4-5 % Si) и сурьмяных бронз.
Готовый медный провод всегда содержит остаточную оксидную пленку, возникающую при непрерывном процессе волочения. По этой причине в медной промышленности стандартной процедурой стало измерение поверхности пленки остаточного оксида с помощью вольтаметрического метода испытания. Оксидная пленка нежелательна, так как может стать причиной недостаточной износостойкости, возникновения дефектов, плохой связи между изолирующей эмалью и проволкой.
В медных катанках дефекты часто появляются в процессе непрерывного литья и волочения, и проявляются в виде шлаков, трещин и осколков. Некоторые сплавы бывают хрупкими и при волочении проволоки являются инициаторами появления площадок для трещин. Чтобы решить эту проблему, акцент делается на улучшении качества поверхности проволки, опираются на дополнительные операции как промывка, сушка и фильтрация твердых частиц, а также периодическая проверка прокаток, фильеров и катанок.
Сейчас Казахстан находится на 10 месте среди лидеров по объему производящих медь (около 407 тонн в год). Однако для развивающейся страны более важно иметь производство качественной медной продукции, нежели количественной, поэтому на предприятиях Казахстана вопросы контроля качества являются актуальными. Владея большими запасами меди, рассчитанными на 20 лет добычи, следует попутно развивать структуру производства ее изделий, что, как правило, приносит больше прибыли, чем продажа чистого сырья.
Литература
- Электроизоляционная и кабельная техника. Методы испытания электротехнических материалов и изделий: [сборник статей] / Иркутский 142 политехнический институт (ИрПИ); под ред. Ю. Т. Плискановского. — Иркутск: Б. и., 1975. — 214 с.
- Медеплавильное производство - развитие и перспективы. Алма-Ата, 1978 Ванюков А.В., Уткин М.И. Комплексная переработка медного и никелевого сырья. Челябинск, 1988.
- Журовлева Л.В., Электроматериаловедение: Учебник для начального профессионального образования. М.: Изд. Центр «Академия»; ИРПО, 2000. –312 с.